电气工业的“主角”——铜

人类最早是用石器制造工具，在历史上称为“石器时代”。接着，人们发明了炼铜并用铜制造工具，在历史上称为“铜器时代”或“红铜时代”。紧接着，人们又发明了炼制铜与锡的合金——青铜，大量用青铜制造工具，在历史上称为“青铜时代”。铜，是人类在古代便发现了的重要的化学元素。

据章鸿钊著《中国铜器铁器时代沿革考》考证，我国在炎黄之世，即公元前二十七世纪(距今近五千年)已开始使用铜器。我国早在黄帝的时候，便会铸青铜鼎了。夏禹时，用青铜铸造了九个很大的鼎。到了殷代，冶铸青铜的技术已很发达了。著名的青铜祭器——“司母戊大鼎”，是我国考古工作者1939年在河南安阳武官村发掘出来的殷代互鼎(图27)，高达133厘米，横为110厘米，宽78厘米，重875公斤，内壁的一方有铭文“司母戊”三字。这样巨大的鼎，是世界少见的古代青铜器，也是我国三千多年前高度的炼铜技术水平的一个有力见证。

青铜的熔点此纯铜低，冶铸所需温度不太高，而且铸造性能比纯铜好，硬度大，所以它在古代比纯铜得到更普遍的应用。不过，由于铜矿、锡矿终究比较少，不能满足生产的大量需要。正如南朝江淹《铜剑赞序》中所说：“古者以铜为兵。春秋迄于战国，战国迄于秦时，攻争纷乱，兵革互兴，铜既不给，故以铁足之。铸铜既难，求铁甚易，故铜兵转少，铁兵转多。二汉之世，既见甚微。”随着生产的发展，铜与青铜逐渐被铁所代替，从而进入“铁器时代”。

纯净的铜是紫红色的金属，俗称“紫铜”、“红铜”或“赤铜”。纯铜富有延展性。象一滴水那么大小的纯铜，可拉成长达两公里的细丝，或压延成比床还大的几乎透明的箔。纯铜最可贵的性质是导电性能非常好，在所有的金属中仅次于银。但铜比银便宜得多，因此成了电气工业的“主角”。纯铜的用途比纯铁广泛得多，每年有50％的铜被电解提纯为纯铜，用于电气工业。这里所说的纯铜，确实要非常钝，含铜达99.95％以上才行。极少量的杂质，特别是磷、砷、铝等，会大大降低铜的导电率。铜中含氧(炼铜时容易混入少量氧)对导电率影响很大，用于电气工业的铜一般都必须是无氧铜。另外，铅、锑、铋等杂质会使铜的结晶不能结合在一起，造成热脆，也会影响纯铜的加工。这种纯度很高的纯铜，一般用电解法精制：把不纯铜(即粗铜)作阳极，纯铜作阴极，以硫酸铜溶液为电解液。当电流通过后，阳极上不纯的铜逐渐熔解，纯铜便逐渐沉淀在阴极上。这样精制而得的铜；纯度可达99.99％。

铜有许多种合金，最常见的是黄铜、青铜与白铜。

黄铜是铜与锌的合金，因色黄而得名。不过，这“黄色”只是“一般来说”罢了。严格地讲，随着含锌量的不同，黄铜的颜色也不同。如含锌量为18—20％时，呈红黄色；含锌20—30％，呈棕黄色；含锌30—42％，呈淡黄色；含锌42%，呈红色；含锌50％，呈金黄色，含锌60％，呈银白色。现在工业上所用的黄铜，一般含锌量在45％以下，所以常见的黄铜大都是黄色。黄铜中加入锌，可以提高机械强度和耐腐蚀性。我国很早就会制造黄铜，早在两千多年前的汉朝，便有不准使用“伪黄金”的法律，其实这“伪黄金”便是指黄铜，因为它外表很象黄金、至今，一些“金”字、“金”箔，便常是用黄铜做的。黄铜敲起来音响很好，因此锣、钹、铃、号都是用黄铜做的，甚至连风琴、口琴的簧片也用黄铜做。黄铜耐腐蚀性好，特别是锡黄铜(俗称“海口用黄铜”)，用来制造船舶零件。此外，在国防工业上，黄铜大量用于制造子弹壳与炮弹壳。

青铜是铜与锡的合金，因色青而得名。我国古代使用青铜制镜。据文献记载，唐太宗曾说过：“人以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以见兴替；以人为镜，可以知得失。”这“以铜为镜”便是指青铜镜。青铜很耐磨，青铜轴承是工业上著名的“耐磨轴承”，纺纱机里便有许多青铜轴承。青铜还  有个反常的特性——“热缩冷胀”，因此用来铸造塑象，受冷膨胀，可以眉目清楚、轮廓正确。

至于白铜，则是铜与镍的合金，因色白而得名。它银光闪闪，不易锈蚀，常用于制造精密仪器。

铜受潮，易生成绿色的“铜绿”——碱式碳酸铜，是有毒的，因此铜锅内壁常镀锡，以防生铜绿。

对于成年人来说，每天约需吸收5毫克的铜。如果进入人体的铜量不足，将会引起血红素减少与患贫血症。在人体中，铜主要聚集在肝脏以及其他组织的细胞中。瘤细胞中含铜量极少。孕妇的血液中，含钢量比一般人高一倍。植物同样需要少量的铜。铜化合物(如硫酸铜)，是微量元素肥料——铜肥。铜肥施在沼泽地区，能显著提高作物产量。

据测定，在l公斤干燥的谷物中，约含有5—14毫克铜；1公斤豆类，含铜18—20毫克；瓜类为30毫克，面包为3—5毫克。在食物中，含铜量最多的是牛奶，以及章鱼、牡蛎等。

在大自然中，常见的铜矿是孔雀石。此外，黄铜矿和辉铜矿也是很重要的铜矿。在世界上，产铜较多的国家是赞比亚与智利。天然的纯铜，在大自然中不多。到目前为止，发现最重的一块纯铜为420吨。铜在地壳中含量为十万分之三。

近年来，虽然铜在某些方面，逐渐被铝代替，但铜仍不失为一种重要的金属。据统计，现在工业上生产100万吨钢铁，大约需要生产1吨铜来配合。七十年代以来，世界铜的年产量每年都有增长。据不完全统计，1971年世界精铜年产量达571．13万吨。

重要的铜的化合物是硫酸铜与氧化铜；硫酸铜俗称“蓝矾”。不过，纯净的无水硫酸铜，并不是蓝色的，而是白色的粉末。含结晶水硫酸铜，才是天蓝色的晶体。在化学上，常用无水硫酸铜来鉴别有机溶液中是否含水。例如，判断酒精是否是无水酒精，只需放进一点无水硫酸铜。如果硫酸铜变蓝了，就说明这酒精中含水。在农业上，硫酸铜是著名的无机农药。常将硫酸铜与石灰混合配制成波尔多液使用。硫酸铜主要用来杀菌，而不是杀虫。

氧化铜是黑色的粉末。近年来，我国普遍推广使用氧化铜无机粘结剂。这种无机粘结剂是把磷酸与氢氧化铝混合，加热制成甘油股的粘稠液体，然后倒到氧化铜粉末中，不断搅拌，调成黑色的“浆糊”。把这种黑“浆糊”涂在需粘结的金属表面，然后压紧，过两、三天后，两块金属就紧紧地粘在一起了。氧化铜无机粘结剂能把金属与金属、陶瓷与陶瓷、金属与陶瓷牢牢地粘合。过去，刀具上的刀刃——硬质合金，是用焊接的方法焊上去，焊接时温度很高，往往会降低刀具的硬度，缩短使用寿命。改用氧化铜无机粘结剂粘合，不用加热，粘合很牢，使用寿命可延长一倍左右。用它粘结红宝石挤压器、弹簧夹片、玻璃仪器等效果也很好。氧化铜无机粘结剂成本低廉，只及铜焊成本的十分之一。这种粘结技术，是一项多快好省的新技术。我国各地化工厂已成批生产氧化铜粘结剂，使铜这个古老的元素又有了新用途。